Hämbiosynthese ist die Reihe von chemischen Wechselwirkungen, die zur Bildung von Häm führen. Als Cofaktor, der für die biologische Aktivität von Proteinen notwendig ist, fungiert Häm als prothetische Gruppe für Hämproteine. Diese Hämproteine sind für den Transport und die Detektion von zweiatomigen Gasen, den Elektronentransfer und die chemische Katalyse im Körper verantwortlich.
Der Prozess der Hämbiosynthese beginnt in den Mitochondrien, den Teilen einer Zelle, die Energie produzieren. Glycin und Succinyl-Coenzym A werden durch das geschwindigkeitsbestimmende Enzym 5-Aminolävulinsäure-Synthase (ALAs) mit Vitamin B6 als Co-Enzym kondensiert. Diese Interaktion führt zur Produktion von D-Aminolävulinsäure (dALA), die dann in das Zytosol transportiert wird.
Im Zytosol verbinden sich zwei Moleküle der D-Aminolävulinsäure und werden durch die Aminolävulinsäure-Dehydratase dimerisiert, um die Pyrrolringverbindung Porphobilinogen (PBG) herzustellen. Die Desaminierung durch Porphobilinogen-Deaminase kombiniert vier Moleküle Porphobilinogen zu Hydroxymethylbilan (HMB), einem linearen Tetrapyrrol. Die Hämbiosynthese wird dann mit der Hydrolyse von Hydroxymethylbilan zu Uroporphrinogen III mit Uroporphrinogen III-Synthase fortgesetzt. Diese Umwandlung führt zum Schließen des Tetrapyrrols unter Bildung eines Rings.
Der letzte Schritt der Hämbiosynthese im Zytosol ist die Entfernung von Carboxylgruppen aus dem Uroporphrinogen III durch die Uroporphrinogen III-Decarboxylase, wobei Kohlendioxid und Coproporphyrinogen III produziert werden. Die Synthese wird dann zurück zu den Mitochondrien transportiert, wo die Entfernung der Carboxylgruppe und zweier Wasserstoffatome aus Coproporphyrinogen III durch Coproporphyrinogenoxidase Protoporphyrinogen IX produziert. Protoporphyrinogen IX Oxidase entfernt dann sechs Wasserstoffatome aus Protoporphyrinogen IX, wodurch Protoporphyrin IX entsteht. Schließlich fügt Ferrochelatase ein Eisenatom in das Protoporphyrin IX ein, wodurch Häm entsteht.
Nachdem die Hämbiosynthese abgeschlossen ist, bindet das Häm an ein Protein, um eine bestimmte Funktion auszuführen. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist Hämoglobin, ein spezialisiertes Hämprotein, das aus Häm und vier Globinketten besteht. Hämoglobin ist ein Hauptbestandteil der roten Blutkörperchen und verleiht den Zellen ihre rote Färbung. In den roten Blutkörperchen transportiert Hämoglobin Sauerstoff zu den Geweben im Körper, wo er zur Verwendung freigesetzt wird. Hämoglobin transportiert dann Kohlendioxid aus dem Gewebe, das in die Lunge freigesetzt wird.
Die Hämbiosynthese wird durch Eisenmangel beeinträchtigt, da die verfügbaren Eisenatome fehlen. Anschließend kann kein Häm synthetisiert und kein Hämoglobin gebildet werden. Wenn es schwer genug ist, entwickelt sich eine Anämie als Folge eines Mangels an funktionellen roten Blutkörperchen mit genügend Hämoglobin, um die erforderlichen Mengen an Sauerstoff in das Gewebe zu transportieren. Ein Eisenmangel, der die Hämbiosynthese verhindert, hat viele Ursachen, darunter chronischer Blutverlust, erhöhte Anforderungen an den Körper wie in der Schwangerschaft, Eisenmalabsorption und eine falsche Ernährung mit einem Mangel an eisenreichen Lebensmitteln.